張瀚文　陳昊男　王浩宇　張力山

朱朝義 中學(xué)正高級教師，中國發(fā)明協(xié)會中小學(xué)創(chuàng)造教育分會常務(wù)理事，湖南省優(yōu)秀科技工作者，《發(fā)明與創(chuàng)新》專家團(tuán)專家。

一、項目背景

大型無脊椎底棲動物（通常被稱為“底棲動物”）一般指個體大于0.5毫米，生活史的全部或大部分時間在水體底部或沉積物中的無脊椎動物。它們對外界脅迫的響應(yīng)比較敏感，是觀測水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要指標(biāo)。

李村河是流經(jīng)青島市區(qū)最長的河流，對調(diào)節(jié)青島氣溫以及提供生活用水有很大作用。自2009年開始，歷經(jīng)3年改造，李村河上游已由最初的臭水溝變成了水清岸綠的生態(tài)景觀河。

我們選擇李村河上游的中段來調(diào)查該河段的環(huán)境特征、底棲動物的數(shù)量和種類，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水質(zhì)生物學(xué)評價，試圖驗證底棲動物與水質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，并分析影響底棲動物數(shù)量和構(gòu)成的環(huán)境因素，為水環(huán)境保護(hù)及水質(zhì)改善提出合理建議。

二、研究方法

1.調(diào)查區(qū)域的選取及其概況

（1）調(diào)查區(qū)域所在位置

本調(diào)查所選河段位于李村河上游中段東川路橋附近，該河段采用河道蓄水與自然濕地相結(jié)合的新型設(shè)計理念，具有較強(qiáng)的代表性。本文選擇了橋西側(cè)100米左右及橋東側(cè)100米左右兩個采樣點，于2022年7月10日、2022年7月31日分別進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集。

（2）河岸土地利用情況

河段兩側(cè)土地利用以居住區(qū)、學(xué)校、商業(yè)辦公用地為主，河道南側(cè)有少量工業(yè)用地，沿河兩側(cè)公路之間形成寬約100米的綠地公園。

（3）河岸類型和水生植物

河段東川路橋以西為自然濕地，采樣點1所在位置為完全植草護(hù)坡河岸。橋東為河流蓄水段，采樣點2所在位置一側(cè)為復(fù)合式生態(tài)護(hù)岸（水下為砌石護(hù)岸，水上為植物護(hù)坡），河對岸為重力式垂直水泥駁岸。

采樣點1處有豐富的植被，包括荇菜、睡蓮等浮葉植物，菖蒲、蘆葦、千屈菜、慈姑、水芹等挺水植物，酢漿草等伏地植物，以及垂柳、松柏等堤岸樹木。

采樣點2處河岸坡度較大，近岸地帶種植了大量垂柳，蘆葦、水芹等植物相對較少，覆蓋面積較小。不過此處有大量黑藻、菹草等沉水植物。

（4）河水流態(tài)和底質(zhì)

我們在兩個采樣點分別進(jìn)行了多次采樣，發(fā)現(xiàn)兩處的水流速度都較慢，趨近于靜水。河流底質(zhì)既有碎石和泥沙，又有褐色淤泥，夾雜著一些植物殘體。

2.底棲動物采樣方法

底棲動物的采樣方法有很多種，其中手抄網(wǎng)法適合在近岸使用，可收集生長在河底、水生植物體上或硬質(zhì)堤岸壁上的生物，是一種定性采樣方法，主要獲取底棲動物的物種數(shù)。由于其簡單易行，我們選用這種方法采集底棲動物，步驟如下：

第一，將手抄網(wǎng)（網(wǎng)孔為40目）伸入近岸水草或沉積物中直線拖動，或在水面下的硬質(zhì)岸壁上刮動。每次在各點位都進(jìn)行多次采樣，盡量采集不同底質(zhì)和不同種類的水生植物樣本。

第二，采集完樣本后，將其倒入網(wǎng)孔為40目的篩網(wǎng)中進(jìn)行淘洗并收集，再進(jìn)行初步的分揀和鑒定。

第三，對底棲動物樣本進(jìn)行計數(shù)、記錄，最后將樣品放生。

3.基于底棲動物的水質(zhì)生物學(xué)評價方法

底棲動物長期生活在水生態(tài)系統(tǒng)中，具有易于鑒定、壽命較長、活動能力和范圍較小以及對環(huán)境變化較敏感等特點，可綜合反映污染物對環(huán)境和生物產(chǎn)生的影響，被廣泛用于水質(zhì)評價和環(huán)境監(jiān)測。過去幾十年，國內(nèi)外生態(tài)學(xué)界已開發(fā)出幾十種基于底棲動物的水質(zhì)評價方法，其中，科級耐污指數(shù)操作簡單，評價結(jié)果準(zhǔn)確，被廣泛應(yīng)用。

三、實驗結(jié)果及分析

1.底棲動物的數(shù)量和種類

在兩個采樣點、兩個采樣時段共采集底棲動物3個門的6個分類單元，包括環(huán)節(jié)動物門1種，軟體動物門1種，節(jié)肢動物門4種。節(jié)肢動物門中，甲殼類以十足目為主，昆蟲綱以雙翅目為主。

2.水質(zhì)生物學(xué)評價結(jié)果

根據(jù)底棲動物調(diào)查結(jié)果，經(jīng)計算，兩個時段兩個點位的科級耐污指數(shù)均為5.4，水質(zhì)評價結(jié)果均為“一般”。

3.底棲動物與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，在兩個相近時間段、兩個相鄰點位采集到的底棲動物數(shù)量和群落構(gòu)成不同，但基于科級耐污指數(shù)的水質(zhì)評價結(jié)果一致。這驗證了將底棲動物調(diào)查用于水質(zhì)評價的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4.底棲動物數(shù)量及構(gòu)成的影響因素

研究發(fā)現(xiàn)，在不同采樣位置采集到的底棲動物的數(shù)量和群落構(gòu)成差別較大。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)以及調(diào)查結(jié)果，影響河段底棲動物數(shù)量及群落構(gòu)成的因素主要包括以下幾點：

第一，河流底質(zhì)是底棲動物生長、繁殖等生命活動的必備條件，其顆粒大小、穩(wěn)定程度、表面構(gòu)造和營養(yǎng)成分等都對底棲動物有很大影響，不同底質(zhì)中的底棲動物優(yōu)勢種常有明顯的差異。

在本次調(diào)查的多次采樣過程中，也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律。從數(shù)量上看，在砂石顆粒適中且有水生植物的采樣位置底棲動物較多，而在淤泥和沙質(zhì)底質(zhì)的采樣位置底棲動物數(shù)量較少。從類型上看，在礫石較多的采樣位置甲殼動物更多，在淤泥底質(zhì)的采樣位置搖蚊幼蟲較多。

第二，水生植物群落不僅能作為底棲動物重要的食物來源，還能為底棲動物提供避難場所。本次調(diào)查在兩個采樣點水生植物較豐富的采樣位置均采集到較多的田螺和淡水蝦。

第三，近自然的生態(tài)式護(hù)岸有利于維護(hù)生物多樣性。采樣點1為自然河岸，相比于采樣點2的半人工河岸，采集到的底棲動物種類更多。

第四，采樣時間為夏季，隨著溫度的升高，搖蚊幼蟲生長迅速，而大量水生昆蟲發(fā)育成熟脫離水體，有可能是采樣點1在兩個時間段獲得的底棲動物構(gòu)成不同的原因。除此之外，采樣時遇到降雨，可能會造成河流底質(zhì)的攪動，也會對底棲動物的數(shù)量及構(gòu)成產(chǎn)生影響。

四、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

本文選取青島市李村河上游河段進(jìn)行了兩個時間點、兩個采樣點的底棲動物采樣調(diào)查，合計獲取6種共53個底棲動物，使用科級耐污指數(shù)法評價水質(zhì)為“一般”。研究驗證了底棲動物在指示水質(zhì)方面的有效性和穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)底棲動物數(shù)量及群落構(gòu)成受底質(zhì)、水生植物、河岸類型以及季節(jié)、天氣等因素的影響。

2.建議

河流水質(zhì)對于維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要，而底棲動物和河流水質(zhì)之間有密切的關(guān)系。我們建議：

（1）在河流的治理和保護(hù)過程中提倡采用生態(tài)護(hù)岸，種植多層次水生植物，尤其是具有凈化作用的植物，例如蘆葦、黑藻、金魚藻等；

（2）底棲動物不僅是水質(zhì)的指示劑，部分底棲動物還具有凈化水質(zhì)的作用，比如河蚌、螺類及搖蚊幼蟲。在河流治理過程中應(yīng)注意保護(hù)其生存環(huán)境，并考慮人工投放此類底棲動物；

（3）卵礫石生態(tài)河床河段對污染物質(zhì)的截留效果明顯好于自然河段，在河流生態(tài)治理過程中應(yīng)考慮投放卵礫石底質(zhì)，在凈化水質(zhì)的同時為底棲動物提供生存空間；

（4）長期開展底棲動物調(diào)查和水質(zhì)生物學(xué)評價工作，將河流“體檢”常態(tài)化。（指導(dǎo)老師：呂曉蕾 葛如萍）

專家點評

本文對當(dāng)?shù)乩畲搴由嫌魏佣蔚沫h(huán)境特征、底棲動物的數(shù)量和種類進(jìn)行調(diào)查，探索底棲動物與水質(zhì)之間的關(guān)系，專業(yè)性較強(qiáng)，涉及不少知識和技能，體現(xiàn)了作者深厚的研究功底。無論是調(diào)查研究過程還是數(shù)據(jù)的處理，都需要比較專業(yè)的科技人員指導(dǎo)，且需要花費大量的時間和精力。

世上無難事，只要肯登攀。只要有興趣、有方法、有付出，就必定有收獲。建議適當(dāng)降低研究過程、研究方法和數(shù)據(jù)處理的難度，使文本內(nèi)容更適合中小學(xué)生閱讀，從而有利于推廣和他人借鑒。